PNAS丨全新世土壤温度的大幅波动深刻影响了东亚粟作农业演化

2026年5月5日，中国科学院地球环境研究所联合国内外多家科研机构，在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表题为《全新世土壤温度波动调控新石器时代东亚粟作农业演化》（Soil temperature fluctuations modulated millet agriculture evolution in Neolithic East Asia）的研究论文。该研究建立了黄土高原全新世高分辨率的土壤温度变化记录，提出全新世土壤温度是东亚新石器时代粟作农业时空演化的重要调控因素，为理解中华文明起源演化的环境因素提供了新的观测证据和模型视角。

此项研究由中国科学院地球环境研究所、兰州大学环境考古与文物科学中心、中国科学院地质与地球物理研究所、韩国基础科学研究院、大英博物馆以及华盛顿大学等单位的研究人员共同完成。研究团队在新石器时代粟作农业发展核心区、黄土高原中部庆阳地区选取龙骨沟黄土沉积（厚约4米）为研究对象，通过18个光释光年代和14个全有机碳十四年代建立了高分辨率年代序列。在此基础上开展生物标志物（GDGTs和正构烷烃）分析，建立了距今约12300-2800年的土壤温度变化曲线。通过其与中国北方考古和古气候资料的对比分析，并应用粟作分布模型模拟方法，揭示了全新世土壤温度变化对新石器时代东亚粟作农业时空演化过程的影响。

研究结果显示：距今约12300-7500年，土壤温度相对较高，湿度较小，植被覆盖相对较差；距今7500-6000年，土壤温度持续降低，湿度增大，植被覆盖良好；距今6000年以后，土壤温度迅速回升并进入长达数千年的稳定期，湿度持续降低，植被覆盖变差。通过与粟作农业发展模式的对比分析，研究获得以下重要认识：距今8000-7500年，相对较高的土壤温度有利于粟黍种植，在生存压力较大的燕辽地区，古人类率先采用粟黍种植作为重要生计方式。同一时期，在黄土高原古人类的生计仍以狩猎为主。距今7500-6000年，较高的植被覆盖度与土壤湿度导致土壤温度显著降低，对粟黍种植产生重要影响。粟作分布模型模拟显示该时期燕辽大部分地区的粟黍种植环境恶化，粟作农业发展中心南移至黄土高原及周边区域。距今6000-4000年，相对温暖且稳定的土壤温度以及较低的植被覆盖度，可能促进了粟作农业的快速发展与扩张，从而为中国北方新石器晚期文化繁荣奠定了基础。该研究还指出土壤温度变化对东亚农业体系演化的重要影响主要出现在新石器时代，与主要种植作物粟黍对低温敏感的特性有关，青铜时代以后耐低温麦类作物的传入则改变了这一模式。

本研究建立了东亚地区高分辨率年代支撑下的土壤温度变化记录，提出土壤温度是新石器时代粟作农业发展的重要调控因子，初步阐释了早期粟作农业时空演化的环境机制。研究成果为理解中华文明从“八千年起源”到“六千年加速”的大延误现象背后的环境因素提供了新的观测数据和模型视角，助力了“中华文明探源工程”的相关研究。

芦永秀博士生与韩国基础科学研究院的阮骄杨博士（现为中国科学院地质与地球物理研究所特聘研究员）为共同第一作者，康树刚研究员与董广辉研究员为共同通讯作者。本研究得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院青年创新促进会（Y2022102）、中国科学院青年交叉团队（2024000021）、欧洲研究委员会资助项目（ERC-2019-ADG-883700-TRAM）、韩国基础科学研究院项目（IBS-R028-Y3）、中国科学院地球环境研究所创新基金（E551031256）以及陕西自然科学基础研究计划（2024JC-JCQN-37）等的资助。

论文链接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2529151123

图1 新石器时代东亚土壤温度变化影响粟作农业社会演化示意图（董广辉设计）

图2 中国北方距今4千年以前具有粟作农业的考古遗址及brGDGTs温度重建点位分布图

图3 东亚粟作核心区土壤温度、水文气候与人类活动对比图

图4 粟作生长适宜性对温度变化的响应